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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Schleifwerkzeug zur Innenrundbearbeitung eines Werkstücks. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schleifwerkzeug sowie ein Verfahren zur Innenrundbearbeitung eines Werkstücks mittels eines erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs.
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Stand der Technik
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Ein Schleifwerkzeug zur Innenrundbearbeitung eines Werkstücks mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 23 36 705 C3 bekannt. Das bekannte Schleifwerkzeug weist einen zylindrisch ausgebildeten Bereich und einen kegelstumpfförmigen Bereich aus, der sich an die Stirnfläche des zylindrischen Bereichs anschließt. Beim Einführen des Schleifwerkzeugs in eine Werkstücköffnung und einer entsprechenden Vorschubbewegung zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gelangt zunächst der kegelstumpfförmige Bereich in Wirkverbindung mit dem zu bearbeitenden Werkstück, um die Innenbohrung auf einen gewünschten Durchmesser aufzuweiten. Anschließend wird die durch den kegelstumpfförmigen Bereich bearbeitete Werkstückinnenfläche mittels des zylindrischen Bereichs überschliffen. Der kegelstumpfförmige Bereich bildet zusammen mit dem zylindrischen Bereich einen ersten Funktionsbereich zur Ausbildung einer zylindrischen Innenrundbohrung aus.
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Weiterhin ist es aus der nachveröffentlichten
DE 10 2017 217 130 A1 der Anmelderin bekannt, das aus der
DE 23 36 705 C3 bekannte Schleifwerkzeug dadurch weiterzubilden, dass der kegelstumpfförmige Bereich und der zylindrische Bereich unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen. Damit lässt sich ein kegelstumpfförmiger Schruppzonenbereich mit einer erhöhten Abtragsleistung und ein zylindrischer Schlichtzonenbereich für eine besonders hochwertige bzw. eine geringe Rauigkeit aufweisende Oberfläche an der Innenrundbohrung erzielen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug zur Innenrundbearbeitung eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es zusätzlich zur Ausbildung einer ersten (Innen-) Geometrie am Werkstück mittels eines ersten Funktionsbereichs einen zweiten Funktionsbereich aufweist, der dazu dient, eine zweite (Innen-) Geometrie an dem Werkstück zu erzeugen. Insbesondere weist das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug den Vorteil auf, ohne einen Werkzeugwechsel beide Innengeometrien an dem Werkstück mittels ein und demselben Werkzeug erzeugt werden können, wodurch eine relativ geringe Bearbeitungszeit zur Erzeugung der beiden Geometrien an dem Werkstück erforderlich ist.
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Hierzu schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass sich beim ersten Funktionsbereich an den kegelstumpfförmigen Bereich auf der dem zylindrischen Bereich abgewandten Seite zumindest mittelbar ein zweiter Funktionsbereich zur Innenbearbeitung des Werkstücks anschließt.
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Bei dem Werkstück handelts es sich beispielsweise um eine Einspritzdüse für ein Einspritzsystem und/oder um ein Hydraulikventil mit einer Schieberbohrung. Das beschriebene Schleifwerkzeug eignet insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken, die Bohrungen mit hohen qualitativen Anforderungen aufweisen. Besonders geeignet ist das Schleifwerkzeug zur Bearbeitung von Werkstücke, die aus harten Stählen und/oder sonsten harten Materialien hergestellt sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs zur Innenrundbearbeitung eines Werkstücks sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um es zu ermöglichen, dass nach der Bearbeitung des Werkstücks mittels beider Funktionsbereiche des Schleifwerkzeugs das Werkstück eine relativ gute Oberflächenqualität bzw. geringe Rauhigkeit aufweist, ist es vorgesehen, dass der zylindrische Bereich des ersten Funktionsbereichs und der zweite Funktionsbereich jeweils als Schleifbereich ausgebildet ist.
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Zur Ausbildung beispielsweise einer Sitzbohrung ist es insbesondere vorgesehen, dass der zweite Funktionsbereich kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
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Zur Anpassung des Schleifwerkzeugs an unterschiedliche Abstände der zu bearbeitenden beiden Geometrien des Werkstücks ist es in axialer Richtung des Schleifwerkzeugs betrachtet vorgesehen, dass die beiden Funktionsbereiche durch einen zylindrischen Zwischenabschnitt miteinander verbunden sind, dessen Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser der zugewandten Stirnflächen der beiden Funktionsbereiche entspricht. Durch die geometrische Gestaltung des Zwischenabschnitts mit einem möglichst großen Durchmesser wird die radiale Auslenkung des zweiten Funktionsbereichs in Bezug zur Längsachse des Schleifwerkzeugs verringert. Dies bewirkt eine verbesserte geometrische Genauigkeit bei der Ausbildung der dem zweiten Funktionsbereich zugeordneten Bearbeitungsfläche des Werkstücks.
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Mit Blick auf eine möglichst kurze erforderliche Bearbeitungszeit mittels des ersten Funktionsbereichs an der ihr zugeordneten Oberfläche des Werkstücks ist es vorgesehen, dass der kegelstumpfförmige Bereich und der zylindrische Bereich des ersten Funktionsabschnitts eine unterschiedliche Materialzusammensetzung und/oder unterschiedliche Schleifkorngrößen und/oder eine unterschiedliche Bindungsmatrix mit ggf. unterschiedlicher Porosität und/oder eine unterschiedliche Schleifkorndichte und/oder unterschiedliche Schleifkorntypen und/oder unterschiedliche Schleifkornmaterialien aufweisen.
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Mit Blick auf einen Vergleich der beiden Funktionsbereiche ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der zweite Funktionsbereich und der zylindrische Bereich des ersten Funktionsbereichs dieselbe Materialzusammensetzung und/oder Schleifkorngröße und/oder Bindungsmatrix und/oder gleiche Porosität der Bindungsmatrix und/oder Schleifkorndichte und/oder Schleifkorntyp und/oder Schleifkornmaterialien aufweisen. Dadurch werden bei der Ausbildung der den beiden Funktionsbereichen zugeordneten Bearbeitungsflächen des Werkstücks tendentiell ähnliche Oberflächenqualitäten bzw. Rauigkeiten erzielt.
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Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung zwischen einem zu bearbeitenden Werkstück und einem Schleifwerkzeug, das auf die oben beschriebene erfindungsgemäße Art und Weise ausgestaltet ist. Die Anordnung zeichnet sich darüber hinaus durch eine Einrichtung zum Halten und/oder Linearbewegen und/oder Drehen des Werkstücks um eine Werkstücklängsachse und eine Werkzeughalterung für das Schleifwerkzeug aus, wobei das Werkstück und das Schleifwerkzeug in Richtung der Werkstücklängsachse und/oder einer Werkzeuglängsachse linearbeweglich zueinander angeordnet sind.
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Zur Verbesserung der Oberflächenqualität bzw. Verringerung der Antriebsleistung zum Drehen des Werkstücks und des Werkzeugs kann es vorgesehen sein, dass das Werkstück und das Werkzeug in unterschiedliche Richtungen um die Werkzeuglängsachse bzw. Werkstücklängsachse antreibbar sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung sieht vor, dass das Werkstück und/oder das Werkzeug quer zur Werkstücklängsachse und/oder Werkzeuglängsachse zueinander verstellbar angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, dass die beiden Funktionsbereiche des Schleifwerkzeugs mit einer größeren geometrischen Freiheit ausgebildet werden können, da zusätzlich zur Geometrie der Funktionsbereiche durch die Beweglichkeit des Schleifwerkzeugs in der quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Richtung ein weiterer Parameter zur Bearbeitung der Werkstückoberflächen zur Verfügung steht.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Innenrundbearbeitung eines Werkstücks mittels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schleifwerkzeugs. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Funktionsbereiche zeitlich aufeinanderfolgend in Wirkverbindung mit dem Werkstück gelangen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 eine Seitenansicht auf ein Schleifwerkzeug mit unterschiedlichen Funktionsbereichen,
- 2 und 3 das in der 1 dargestellte Schleifwerkzeug bei der Bearbeitung zweier Werkstückoberflächen im Bereich einer Innenbohrung eines Werkstücks in einem Längsschnitt und
- 4 bis 7 Darstellungen entsprechend der 2 bei jeweils unterschiedlich ausgebildeten Schleifwerkzeugen.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist in Einzeldarstellung ein Schleifwerkzeug 10 zur Innenrundbearbeitung eines in den 2 bis 7 dargestellten, vorzugsweise metallischen Werkstücks 1 dargestellt. Das Werkstück 1 weist in einem von dem Schleifwerkzeug 10 unbearbeiteten Zustand eine Werkstücklängsachse 2 mit einer radial um die Werkstücklängsachse 2 umlaufenden, unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Innenbohrung 3 auf. Die Innenbohrung 3 wurde vor Einsatz des Schleifwerkzeugs 10 ausgebildet bzw. hergestellt, entweder durch einen (spanenden) Materialabtrag, eine elektrochemische Materialbearbeitung oder aber durch den Formvorgang des Werkstücks 1 selbst, beispielsweise durch einen Gussvorgang.
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Das Schleifwerkzeug 10 weist einen (zylindrisch) ausgebildeten Werkzeugschaft 12 auf, der mittels eines lediglich in der 1 dargestellten Spannwerkzeugs 14 radial umfasst werden kann. Das Spannwerkzeug 14 ist dazu ausgebildet, das Schleifwerkzeug 10 um dessen Werkzeuglängsachse 16 beispielhaft im Uhrzeigersinn des Pfeils 18 zu drehen.
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Das Schleifwerkzeug 10 weist auf der dem Werkzeugschaft 12 zugewandten Seite einen ersten Funktionsbereich 20 auf, der auf der dem Werkzeugschaft 12 abgewandten Seite über einen zylindrisch ausgebildeten Zwischenabschnitt 22 in einen kegelförmigen zweiten Funktionsbereich 24 übergeht. Der erste Funktionsbereich 20 umfasst einen zylindrisch ausgebildeten Schlichtzonenbereich 26, an den sich auf der dem Werkzeugschaft 12 abgewandten Stirnfläche 27 ein kegelstumpfförmiger Schruppzonenbereich 28 anschließt. Im Bereich der der Stirnfläche 27 abgewandten Stirnfläche 29 des Schruppzonenbereichs 28 schließt sich der Zwischenabschnitt 22 an, dessen Durchmesser dem Durchmesser der Stirnfläche 29 entspricht. Der zweite Funktionsbereich 24 ist als Schleifbereich 30 ausgebildet und kann in Abänderung zu der in den Figuren dargestellten kegelförmigen Form auch kegelstumpfförmig ausgebildet sein, je nach erforderlicher Geometrie des Werkstücks 1. Der Durchmesser des Schleifbereichs 30 auf der der Stirnfläche 29 zugewandten Seite entspricht dem Durchmesser der Stirnfläche 29.
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Ergänzend wird erwähnt, dass die in Richtung der Werkzeuglängsachse 16 verlaufende (axiale) Länge des Zwischenabschnitts 22 an die Geometrie der Innenbohrung 3 des Werkstücks 1 angepasst ist.
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Das soweit beschriebene Schleifwerkzeug 10 dient der Innenrundbearbeitung der Innenbohrung 3 des Werkstücks 1 an zwei, mit den beiden Funktionsbereichen 20 und 24 bei der Bearbeitung durch das Schleifwerkzeug 10 damit zusammenwirkenden Bearbeitungsflächen 31, 32. Zur Bearbeitung der Innenbohrung 3 bzw. des Werkstücks 1 wird entsprechend der Darstellung der 2 und 3 das Schleifwerkzeug 10 in die Innenbohrung 3 sukzessive in Richtung des Pfeils 33 eingeführt. Dabei ist die Werkzeuglängsachse 16 um einen Versatz a zur Werkstücklängsachse 2 angeordnet. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass das Schleifwerkzeug 10 in Richtung des Pfeils 18 mittels des Spannwerkzeugs 14 gedreht wird. Das Werkstück 1 ist wiederum in einem weiteren Spannwerkzeug 35, das lediglich in der 2 dargestellt ist, eingespannt und mittels diesem in Gegenuhrzeigersinn, d.h. in Richtung des Pfeils 36 gedreht.
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Zur axialen Relativbewegung zwischen dem Werkstück 1 und dem Schleifwerkzeug 10 sind entweder das Spannwerkzeug 14 oder aber das weitere Spannwerkzeug 35 oder aber beide Spannwerkzeuge 14, 35 mittels nicht dargestellter Antriebe axial verstellbar angeordnet.
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Bei der Bearbeitung der ersten Bearbeitungsfläche 31 der Innenbohrung 3 des Werkstücks 1 bei einer Anordnung 100 entsprechend der 2 bis 7 gelangt zunächst der kegelstumpfförmig ausgebildete Schruppzonenbereich 28 in Wirkverbindung mit der Stirnfläche 5 des Werkstücks 1. Dabei wird der Innendurchmesser der Innenbohrung 3 im Bereich der Bearbeitungsfläche 31 durch den Schruppzonenbereich 28 auf ein Soll-Maß vergrößert. Bei der weiteren Relativbewegung zwischen dem Schleifwerkzeug 10 zur ersten Bearbeitungsfläche 31 gelangt anschließend der Schlichtzonenbereich 26 des ersten Funktionsbereichs 20 des Schleifwerkzeugs 10 in Wirkverbindung mit der ersten Bearbeitungsfläche 31, um die gewünschte Oberflächenqualität bzw. Rauigkeit an der ersten Bearbeitungsfläche 31 zu erzeugen. Dieser Zustand ist in der 2 dargestellt. Anschließend wird durch weitere Axialverstellung das Schleifwerkzeug 10 in Wirkverbindung mit der zweiten Bearbeitungsfläche 32 der Innenbohrung 3 gebracht. Dabei schleift der Schleifbereich 30 des zweiten Funktionsbereichs 24 des Schleifwerkzeugs 10 die zweite Bearbeitungsfläche 32 der Innenbohrung 3 mit der gewünschten Oberflächenqualität bzw. Rauigkeit. Dieser Schleifvorgang ist in der 3 dargestellt. Nach dem Ausbilden der beiden Bearbeitungsflächen 31, 32 an der Innenbohrung 3 wird das Schleifwerkzeug 10 anschließend aus der Innenbohrung 3 herausgefahren.
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Hinsichtlich der Ausgestaltung der beiden Funktionsbereiche 20 und 24 an dem Schleifwerkzeug 10 gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die nachfolgend anhand der 4 bis 7 beispielhaft näher erläutert werden.
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In der 4 ist dargestellt, dass zumindest der Schlichtzonenbereich 26 des ersten Funktionsbereichs 20 und der Schleifbereich 30 des zweiten Funktionsbereichs 24 dieselbe Korngröße aufweisen. Demgegenüber weist der kegelstumpfförmige Schruppzonenbereich 28 des ersten Funktionsbereichs 20 eine gegenüber der angesprochenen Korngröße gröbere Korngröße auf. Dadurch wird über den Schruppzonenbereich 28 ein erhöhter Materialabtrag ermöglicht.
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In der 5 ist dargestellt, dass der Schlichtzonenbereich 26 des ersten Funktionsbereichs 20 und der Schleifbereich 30 des zweiten Funktionsbereichs 24 eine ersten Bindungsmatrix 41 aufweisen, während der kegelstumpfförmige Schruppzonenbereich 28 des ersten Funktionsbereichs 20 eine zweite Bindungsmatrix 42 aufweist. Beispielsweise weisen die beiden Bindungsmatrizen 41, 42 ein Metall und/oder eine Keramik und/oder ein Kunstharz auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die zweite Bindungsmatrix 42 eine andere Zusammensetzung aufweist, in der Art und Weise, dass die zweite Bindungsmatrix 42 eine gegenüber der ersten Bindungsmatrix 41 erhöhte mechanische Härte aufweist. Auch dadurch lässt sich die Zerspanleistung bzw. der Materialabtrag mittels des Schruppzonenbereichs 28 und die Glättung der beiden Bearbeitungsflächen 31, 32 an der Innenbohrung 3 erhöhen.
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In der 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Schruppzonenbereich 28 des ersten Funktionsbereichs 20 und der Schleifbereich 30 des zweiten Funktionsbereichs 24 eine erste Schleifkorndichte 43 aufweisen, während der Schlichtzonenbereich 26 des ersten Funktionsbereichs 20 und der Zwischenabschnitt 22 eine zweite Schleifkorndichte 44 aufweisen. Dabei ist die erste Schleifkorndichte 43 höher als die zweite Schleifkorndichte 44.
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Zuletzt ist in der 7 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der kegelstumpfförmige Schruppzonenbereich 28 des ersten Funktionsbereichs 20 monokristallinen Schleifkörner 46 mit eckiger bzw. scharfkantiger Kornform aufweist, während der Schlichtzonenbereich 26 des ersten Funktionsbereichs 20 und der Schleifbereich 30 des zweiten Funktionsbereichs 24 jeweils Schleifkörner 47 mit blockiger bzw. mikrokristalliner Form aufweisen. Während durch die monokristalline Gestaltung der Schleifkörner 46 der Materialabtrag durch den Schruppzonenbereich 28 begünstigt wird, wird durch die mikrokristallinen Schleifkörner 47 die Glättung der zweiten Bearbeitungsfläche 32 der Innenbohrung 3 erhöht.
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Das soweit beschriebene Schleifwerkzeug 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere denkbar, dass die in den 4 bis 7 erläuterten unterschiedlichen Materialien für die beiden Funktionsbereiche 20, 24 auch kombinatorisch vorgesehen sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2336705 C3 [0002, 0003]
- DE 102017217130 A1 [0003]
